La haute atmosphère terrestre est un détecteur d'explosion sensible

Les scientifiques ont détecté les effets d'entraînement de petites explosions au niveau du sol à 100 kilomètres de haut dans les couches ionisées de la haute atmosphère. Le résultat suggère que la technique de télédétection pourrait être utilisée pour surveiller des événements explosifs - naturels ou humains - des centaines de fois plus petits qu'auparavant. "Ce fut une grande surprise pour moi", a déclaré Jihye Park, un scientifique géodésique de l'Oregon State University qui n'a pas participé à la recherche. "C'est vraiment intelligent."

La région ionisée de l'atmosphère, ou ionosphère, est surtout connue pour abriter les aurores boréales, qui se produisent lorsque des particules chargées du Soleil heurtent les atomes et les font s'allumer. Mais des explosions massives venant d'en bas peuvent également perturber l'ionosphère. En 2022, l'éruption volcanique Hunga Tonga-Hunga Ha'apai dans l'océan Pacifique Sud a produit des ondulations dans l'ionosphère qui ont été détectées à des milliers de kilomètres. En 1979, une perturbation ionosphérique liée à un essai nucléaire israélo-sud-africain présumé a été détectée par le radiotélescope Arecibo, aujourd'hui disparu, de Porto Rico.

Les deux explosions ont déclenché des ondes d'infrasons, trop basses pour l'audition humaine, qui peuvent se propager sur de grandes distances et provoquer des vibrations dans l'ionosphère. Des faisceaux radar réglés pour rebondir sur les particules chargées de l'ionosphère ont détecté les couches vibrantes.

Mais la technique s'est surtout limitée à des explosions plus puissantes que 1 kilotonne de TNT. (La bombe nucléaire larguée sur Hiroshima, au Japon, en 1945 était d'environ 15 kilotonnes.) Maintenant, les chercheurs rapportent qu'ils ont détecté avec succès des explosions expérimentales de seulement 1 tonne de TNT. "Non seulement nous pouvons voir ces événements, mais ils sont beaucoup plus clairs que ce à quoi je m'attendais", déclare Kenneth Obenberger, physicien au Laboratoire de recherche de l'Air Force qui a dirigé l'étude. Les résultats ont été publiés ce mois-ci dans la revue Earth and Space Science.

Obenberger et ses collègues ont entrepris d'observer les effets de deux explosions d'une tonne déclenchées en mars 2022 au Nouveau-Mexique. Les détecteurs radar de l'équipe ont été conçus pour mesurer les ondes rebondissant sur la couche E de l'ionosphère, une région située à 100 kilomètres. Ils ont détecté des signes de chaque explosion moins de 6 minutes après les détonations.

Obenberger dit que la technique pourrait être utilisée pour surveiller de petites explosions causées par l'homme ou même des éruptions volcaniques à distance dans le Pacifique qui sont autrement difficiles à détecter. Il dit que l'éloignement de l'ionosphère explique pourquoi la technique ne montre ses promesses que maintenant. "Vous envoyez une onde de choc à travers ce que nous appelons 'l'ignorosphère'", dit-il.

Park affirme que la résolution améliorée de la technique faciliterait la détection des perturbations ionosphériques associées non seulement aux éruptions volcaniques, mais également aux tremblements de terre, qui peuvent déclencher des tsunamis, des glissements de terrain et d'autres catastrophes. "Vous pourriez l'utiliser pour un système d'alerte précoce, comme un système d'alerte aux tsunamis", explique Park, qui a utilisé des satellites de positionnement global pour détecter les perturbations ionosphériques des essais nucléaires nord-coréens et d'autres événements.

Une autre utilisation possible pourrait être en science planétaire. Pour des mondes comme Vénus, où des nuages ​​​​épais obscurcissent la surface, un radar ionosphérique sur un vaisseau spatial en orbite pourrait détecter à distance des éruptions et des tremblements de terre invisibles, explique Obenberger.

Compte tenu de la découverte récente d'une activité volcanique sur Vénus annoncée en mars, "nous pourrions voir des événements à plus petite échelle", déclare Paul Byrne, planétologue à l'Université de Washington à St. Louis. "C'est exactement le genre de chose que j'espère que les ingénieurs des engins spatiaux penseront à incorporer pour les futures missions."

Pour le moment, Obenberger veut garder la recherche ancrée sur Terre. Il prévoit de tester l'approche à différentes saisons, car l'ionosphère se déplace au cours de l'année. "L'autre chose que je veux vraiment faire, c'est m'installer à côté d'un volcan", dit-il. "Ce serait vraiment amusant."